JAJU915A December   2023  – June 2024

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   参照情報
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 DC/DC コンバータを備えた PV またはバッテリ入力
    2. 1.2 絶縁型 CLLLC コンバータ
    3. 1.3 DC/AC コンバータ
    4. 1.4 主なシステム仕様
  8. 2システム設計理論
    1. 2.1 昇圧コンバータの設計
    2. 2.2 MPPT 動作
    3. 2.3 CLLLC コンバータの設計
      1. 2.3.1 ゼロ電圧スイッチング (ZVS) の達成
      2. 2.3.2 共振タンク設計
    4. 2.4 DC/AC コンバータの設計
  9. 3システム概要
    1. 3.1 ブロック図
    2. 3.2 設計上の考慮事項
      1. 3.2.1 DC/DC コンバータ
        1. 3.2.1.1 入力電流および電圧検出と MPPT
        2. 3.2.1.2 突入電流制限
      2. 3.2.2 CLLLC コンバータ
        1. 3.2.2.1 低電圧側
        2. 3.2.2.2 高電圧側
        3. 3.2.2.3 変調方式
      3. 3.2.3 DC/AC コンバータ
        1. 3.2.3.1 能動部品の選定
          1. 3.2.3.1.1 高周波数 FET：GaN FET
          2. 3.2.3.1.2 絶縁型電源
          3. 3.2.3.1.3 低周波数 FET
        2. 3.2.3.2 受動部品の選定
          1. 3.2.3.2.1 昇圧インダクタの選択
          2. 3.2.3.2.2 Cx 容量の選択
          3. 3.2.3.2.3 EMI フィルタの設計
          4. 3.2.3.2.4 DC リンクの出力容量
        3. 3.2.3.3 電圧と電流の測定
    3. 3.3 主な使用製品
      1. 3.3.1  TMDSCNCD280039C - C2000™ マイコン controlCARD™ 向けの TMS320F280039C 評価基板
      2. 3.3.2  LMG3522R050 - ドライバ内蔵、650V、50mΩ GaN FET
      3. 3.3.3  LMG2100R044 - 100V、35A GaN ハーフ ブリッジ電力段
      4. 3.3.4  TMCS1123 - 高精度ホール効果電流センサ
      5. 3.3.5  AMC1302 - 高精度、±50mV 入力、強化絶縁型アンプ
      6. 3.3.6  AMC3330 - DC/DC コンバータ内蔵、高精度、±1V 入力、強化絶縁アンプ
      7. 3.3.7  AMC1311 - ハイ インピーダンス、2V 入力、強化絶縁型アンプ
      8. 3.3.8  ISO6741 - 堅牢な EMC 性能を備えた汎用強化絶縁型クワッド チャネル デジタル アイソレータ
      9. 3.3.9  UCC21540 - 強化絶縁型デュアルチャネル ゲート ドライバ
      10. 3.3.10 LM5164 - 超低静止電流 (IQ)、100V 入力、1A の同期整流降圧 DC/DC コンバータ
  10. 4ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 4.1 ハードウェア要件
    2. 4.2 テスト構成
      1. 4.2.1 DC/DC テスト
      2. 4.2.2 DC/AC テスト
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 入力 DC/DC 昇圧の測定結果
      2. 4.3.2 CLLLC の測定結果
      3. 4.3.3 DC/AC の測定結果
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 デザイン ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について
  13. 7改訂履歴

1.2 絶縁型 CLLLC コンバータ

マイクロ インバータでは、以下のようなさまざまな理由により、PV パネルと AC グリッドの間を絶縁する必要があります。

  • 電気的安全性
  • パネルとグリッドの間を流れる同相モード電流の低減
  • 高い入力 / 出力電圧比

安全性の観点から考えると、エンド ユーザーが PV パネルに触れる可能性があることから、絶縁により感電の危険性を低減できます。PV の表面は、接地された屋根または付近のその他の表面の上に露出されるため、同相モード電流は、PV アプリケーションではよく知られた課題です。この非常に大きな表面積は、パネルとグランドの間に大きな寄生容量 (最大 200nF/kW) をもたらします。コンバータの同相モード電圧を十分に低減しないと、この寄生容量により、大きな同相モード電流がシステムに流れ込む可能性があります。システム内に流れる寄生電流を大幅に低減させるための一般的な戦略は、パネルとグリッドの間に絶縁段を追加することです。

TIDA-010933 PV パネルの寄生容量図 1-2 PV パネルの寄生容量
TIDA-010933 同相モード ノイズの阻止図 1-3 同相モード ノイズの阻止

絶縁型トランスを使用する 3 番目の理由は、75V から 400V に電力を効率的に変換するためです。

非絶縁型 DC/DC を使用して 75V から 400V に変換する場合、デューティ サイクルが非常に小さい、インダクタとスイッチでの損失が大きいなどの課題が発生します。変換段の効率と放熱性能を向上させるため、トランス CLLLC を採用しました。

CLLLC コンバータの入力および出力電圧は固定であり、それぞれ PV またはバッテリ入力と DC/AC コンバータによって安定化されます。これは、この段では電圧レギュレーションが不要であることを意味します。

これらすべての要件に対応するため、固定周波数の CLLLC トポロジを選択しました。その結果、磁気部品の小型化と高効率を実現できました。このコンバータは、最も有利な条件で動作し、負荷範囲全体でゼロ電圧スイッチング (ZVS) を実現するように最適化できます。

効率を高め、双方向の電力フローを実現するため、このリファレンス デザインでは、同期整流 (SR) 付き CLLLC トポロジを採用しています。電力が LV から HV に流れる場合、SR は HV 側に実装されます。逆方向に電力が流れる場合、励起は HV 側、SR は LV 側に実装されます。

TIDA-010933 CLLLC のブロック図図 1-4 CLLLC のブロック図

CLLLC コンバータ内のトランスの駆動は、2 つの可能な構成 (フル ブリッジ構成とハーフ ブリッジ構成) によって実現できます。フル ブリッジでは、ハーフ ブリッジ構成と比較して、2 倍のスイッチ数が必要です。一方、ハーフ ブリッジでは、同じ電力レベルで 2 倍の電流が流れます。

LV 側では電流が大きいため、フルブリッジ コンバータの実装が最善の選択肢です。HV 側ははるかに高い電圧と低い電流レベルであるため、ハーフ ブリッジ コンバータが最適な設計です。